CN1203361C - 包层调制波导型电光调制器 - Google Patents

Abstract

包层调制波导型电光调制器，属光通信器件技术领域。解决波导传播损耗和芯层出现的较大双折射问题。本发明由芯层和包层构成，包层采用非线性电光材料、芯层采用无电光活性材料，通过只对波导的包层采用电光材料，使得波导的有效折射率随调制电压变化，从而达到调制的目的。采用本发明，可以降低调制器的传输损耗，增加行波电极与波导之间的耦合长度，从而提高调制频率。

Description

包层调制波导型电光调制器

技术领域

本发明属于光通信器件技术领域，特别涉及波导型电光调制器等光电器件。

背景技术

波导型电光调制器主要是利用电光材料，如LiNbO₃铁电晶体、半导体材料、极化聚合物，在电场的作用下产生电光效应来实现的。当调制电场作用时，由于电光效应，芯层的折射率或波导等效折射率随着调制场变化，从而引起光传播相位也随调制场变化，实现光的调制。

目前，在波导电光调制器设计中，均采用了波导芯层调制方式，即芯层都是由电光材料构成，相关专利参考US2003/0002766A1(PUB No.)。对于近些年日益兴起的聚合物波导电光调制器而言，为了加大非线性系数或电光系数，通常采用高发色团含量的聚合物作为芯层材料，这使得聚合物调制器的光损耗相对较高，严重阻碍了聚合物波导调制器的实用化进程。授权专利号为20030002766A1的美国专利在波导的包层和芯层都是LiNbO₃电光材料，其实质还是属于传统的芯层调制方式。芯层调制的波导型电光调制器大多采用Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的形式。MZI型电光调制器有许多实现方式，图1为其中一种推挽式的原理图。其中(a)是波导截面图，(b)是俯视图。1为Si或SiO₂衬底，2为波导下包层，3为波导的芯层，是由电光材料制成，其电光系数通常比较大，4为波导上包层，5为缓冲层，6、7和8为金属电极，对于高速调制，一般采用行波电极。在图(b)中，光波从输入波导9进入，经第一个Y分支11，后光波能量被分成两部分，分别沿干涉臂13、14传输，并在两干涉臂中分别获得调制，其各自的附加相位迟滞ΔΦ＝(π/λ)Γn_eff ³γ₃₃VL(Γ为缩减因子，n_eff为波导传输模的有效折射率，γ₃₃为电光系数，V是调制电压，L为电极长度)相差一个正负号(即推挽式(Push-Pull)，两束光经第二个Y分支12合波产生干涉效应，最后在输出波导10输出调制光。

关于芯层调制波导型电光调制器，一般文献中报道的器件损耗大多高达十几甚至二十几个dB。而通常认为满足实用化要求插入损耗应在几个dB的程度，其中波导的传播损耗要在1dB/cm以下。由于相对较大的损耗，势必限制调制区的长度，即使得光波和微波之间互作用的距离受限，这对进一步提高调制频率是不利的。此外，由于波导芯区是电光系数大的材料，在调制电场的作用下产生电光效应导致芯区出现较大的双折射，这在波导的弯曲部位以及在与光纤的耦合时会引入可观的偏振相关的损耗。

发明内容

本发明提出一种包层调制波导型电光调制器，目的是解决波导传播损耗和芯层出现的较大双折射问题。

本发明的一种包层调制波导型电光调制器，由芯层和包层构成，其特征在于所述包层采用非线性电光材料，芯层采用无电光活性材料。

所述的包层调制波导型电光调制器，其进一步的特征在于包层采用含发色团的聚合物材料、芯层采用不含发色团的聚合物或者无机材料。

本发明所涉及的包层调制波导型电光调制器，其波导结构的包层(即图1中的2和4)采用非线性的电光材料；而芯层则使用无电光活性的材料。当外加的调制场作用于包层时，引起电光材料折射率的改变，实现光的调制。与传统的芯层调制方式相比，该方法在具体实现上并无任何苛刻的要求，因此也易于实现。

本发明的包层调制波导型电光调制器具有低光传输损耗、芯层的双折射现象较弱、芯层材料的选择自由度增大等优点。此外，伴随着损耗的降低，调制器的调制区长度或者光波与微波信号之间的互作用距离也可以更大，可减小半波电压以及进一步提高调制频率。因此本发明能够改善波导电光调制器的性能。

附图说明

图1推挽式MZI型芯层调制的波导型电光调制器原理图，图中(a)为波导截面图、(b)为俯视图。

图2 MZI型包层调制聚合物波导电光调制器的原理图，图中(a)为波导截面图、(b)为俯视图。

图3推挽式MZI型包层调制波导电光调制器的工作原理图，其芯层为无机材料，图中(a)为波导截面图、(b)为俯视图。

具体实施方式

图2给出了本发明的实施例一，图3给出了本发明的实施例二。

图2的实施例为Mach-Zehnder干涉仪型的包层调制聚合物波导电光调制器，其包层材料为掺发色团的PMMA聚合物，具有电光活性，芯层为聚酰亚胺。其中(a)是波导截面图，(b)是俯视图。制作时，先在洁净的Si或SiO₂衬底1上蒸镀Cr/Au电极7，称为衬底电极或下电极；然后旋涂下包层2并固化、电晕极化；在下包层2上旋涂波导芯层3并固化，刻蚀波导芯层图案；旋涂上包层4同时固化、电晕极化；蒸镀Cr/Au顶层电极6并刻蚀电极图案；最后进行切割和端面抛光。

其工作原理为：光波从输入波导9进入，经第一个Y分支11后光波能量被分成两部分，分别沿干涉臂13、14传输，其中光波在干涉臂14中获得调制，附加了一个相位迟滞ΔΦ，两束光经第二个Y分支12合波产生干涉效应，最后在输出波导10输出调制光。在干涉臂14区域，调制信号(微波)经行波电极15的输入端口16耦合，然后从输出端口17输出，在这里只要对行波电极进行优化设计就可以实现最佳的速度匹配从而获得大的调制带宽。

图3给出了推挽式Mach-Zehnder干涉仪型包层调制波导电光调制器的结构和工作原理，其中(a)是波导截面图，(b)是俯视图。波导下包层2和波导上包层4的材料为非线性的ADK77聚合物，芯层3是无机材料SiON。缓冲层5，金属电极6、7、8均与图1标示一样，输入波导9、第一个Y分支11、干涉臂13、14、第二个Y分支12、输出波导10的标示也与图1一致，其工作原理基本上与实施例一相同，差别仅在于光波在两个干涉臂13、14同时获得调制。

Claims (1)

1.一种包层调制波导型电光调制器，由芯层和包层构成，其特征在于所述包层采用非线性电光材料，为含发色团的聚合物材料；芯层采用无电光活性材料，为不含发色团的聚合物或者无机材料。

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